程序蛋白原缺乏通过RhoA介导的轴突树突损伤，加重老年小鼠术后的认知功能障碍

《Brain Research Bulletin》：Progranulin Deficiency Exacerbates Postoperative Cognitive Dysfunction via RhoA-Mediated Axodendritic Impairment in Aged Mice

POCD在老年小鼠中通过手术诱导的PGRN缺失和RhoA信号通路异常引发轴突树突损伤及认知障碍，外源性PGRN可抑制RhoA活性改善神经结构并恢复认知功能。

　　本研究探讨了术后认知功能障碍（POCD）的分子机制，并聚焦于一种名为“生长因子（PGRN）”的蛋白在手术创伤引起的海马体神经元损伤和认知功能下降中的作用。POCD是一种在手术患者中常见的并发症，尤其是在老年群体中更为显著。该病症通常表现为认知能力的下降，例如记忆力减退、学习能力受损等，其临床影响深远，不仅增加了住院时间，还提高了社会医疗成本，并可能引发术后并发症，如术后谵妄、中风和感染。尽管POCD的临床重要性已被广泛认可，但其具体的发病机制仍不明确。

研究团队通过一系列实验手段，包括行为学测试、分子生物学分析、组织学观察和细胞培养实验，揭示了PGRN在POCD病理过程中的关键作用。实验结果显示，手术会显著降低海马体神经元中的PGRN表达，这一现象与轴突和树突损伤、细胞骨架紊乱以及认知功能下降密切相关。进一步的细胞实验表明，当使用脂多糖（LPS）模拟炎症环境时，PGRN的缺失会抑制神经突起的生长，而外源性PGRN的补充则能通过抑制RhoA的激活，促进神经突起的延伸。此外，RhoA的过表达可以逆转PGRN对神经突起生长的保护作用，说明PGRN通过调控RhoA的活性影响神经元的结构和功能。

在体内实验中，研究人员通过向海马体注射PGRN，发现这种治疗方式能够减轻神经炎症反应，改善轴突和树突的功能，并显著提升POCD小鼠的认知表现。这表明PGRN不仅在细胞层面具有神经保护作用，还在整个神经系统中发挥着关键的调节功能。通过这些发现，研究团队提出，PGRN的缺乏可能是POCD发生的核心机制之一，而针对PGRN-RhoA信号通路的干预可能成为治疗术后认知障碍的一种新策略。

为了验证这些假设，研究团队采用了多种实验方法，包括行为学测试（如Morris水迷宫和新物体识别测试）、RNA测序、免疫荧光染色、高尔基染色和透射电镜分析。这些技术帮助研究人员全面评估了手术对海马体神经元的影响，包括其结构变化、分子表达水平和炎症反应。研究结果表明，手术不仅导致了神经突起的损伤，还影响了细胞骨架的稳定性，从而损害了神经元之间的连接。这些变化与认知功能的下降密切相关，提示了神经元结构的完整性对维持正常认知功能的重要性。

值得注意的是，尽管手术对神经元的结构和功能产生了负面影响，但并未显著影响神经发生。研究团队通过BrdU标记法发现，手术并未显著减少海马体中新生神经元的数量，说明神经发生可能并非POCD的主要机制。然而，PGRN的表达下降与神经突起的生长受阻存在显著关联，提示PGRN在维持神经元结构和功能方面起着至关重要的作用。PGRN不仅能够促进神经突起的生长，还能通过抑制RhoA的激活，维持细胞骨架的正常状态，从而保护神经元免受炎症和创伤的损害。

RhoA作为细胞骨架调控的关键因子，其活性的异常增加与神经元功能的受损密切相关。研究团队通过在HT22细胞中过表达RhoA，进一步验证了其对神经突起生长的抑制作用。这表明，RhoA的激活可能是手术诱导PGRN缺失后导致神经元损伤的一个关键环节。同时，PGRN的补充能够显著降低RhoA的表达水平，从而改善细胞骨架的结构和功能，提升神经元的生长能力。

此外，研究团队还通过透射电镜观察到，手术后的海马体神经元存在明显的轴突损伤现象，表现为微管和神经丝的排列紊乱以及细胞内囊泡的异常积累。这些结构变化与神经元功能的下降密切相关，进一步支持了PGRN在维持神经元结构完整性中的作用。通过免疫荧光染色和高尔基染色，研究人员还发现手术后海马体神经元的树突分支和交点数量减少，提示手术对神经元的结构和功能产生了广泛的影响。

在体内实验中，PGRN的补充不仅改善了神经元的结构状态，还显著提升了POCD小鼠的认知表现。这表明PGRN具有潜在的治疗价值，能够有效缓解手术创伤带来的神经元损伤和认知功能障碍。研究团队还发现，PGRN能够通过抑制RhoA的活性，减轻神经炎症反应，从而改善神经元的连接性和功能。这些结果不仅加深了对PGRN在POCD中的作用机制的理解，也为开发新的治疗策略提供了理论依据。

研究方法涵盖了动物实验、细胞培养、分子生物学分析和影像学技术等多个方面。实验中使用的动物模型是18个月龄的C57BL/6 J小鼠，这些小鼠被用于模拟术后认知功能障碍的病理特征。研究团队通过建立一个模拟手术创伤的模型，即使用4%的七氟烷进行腹腔手术，从而诱导POCD的发生。在手术后，小鼠的认知功能被评估，包括空间学习和记忆能力，以及新物体识别能力。这些测试结果表明，手术确实对老年小鼠的认知功能产生了负面影响。

在细胞层面，HT22神经元被用于模拟手术对神经元的影响。研究团队通过LPS诱导炎症反应，并观察PGRN在其中的作用。实验结果显示，PGRN的缺失会导致神经突起的生长受阻，而外源性PGRN的补充则能够逆转这一效应。此外，研究团队还通过RNA测序技术，分析了手术后海马体中基因表达的变化，发现多个与神经元发育、细胞骨架调控和炎症反应相关的基因发生了显著变化。这些结果进一步支持了PGRN在神经元功能维持中的关键作用。

为了确保实验的科学性和严谨性，研究团队采用了多种统计方法进行数据分析。这些方法包括学生t检验、单因素方差分析（ANOVA）和Tukey事后检验等，以评估不同实验组之间的差异。所有实验数据均以均值±标准误（SEM）的形式呈现，并对显著性水平进行了严格控制。实验结果表明，PGRN的补充能够显著改善手术后的神经元状态和认知功能，从而为POCD的治疗提供了新的思路。

研究团队还探讨了PGRN在神经系统中的广泛作用。PGRN不仅在神经元中发挥作用，还在小胶质细胞和星形胶质细胞中表达，具有多种神经保护功能，如抗炎作用、促进神经元存活和突起生长等。然而，在本研究中，手术主要影响了神经元中的PGRN表达，而对小胶质细胞和星形胶质细胞的影响并不显著。这提示PGRN在神经元中的作用更为关键，尤其是在维持其结构和功能方面。

综上所述，本研究通过多种实验手段，揭示了PGRN在POCD中的关键作用。研究发现，PGRN的缺失会导致神经元结构的破坏和认知功能的下降，而PGRN的补充则能够有效缓解这些不良影响。这些发现不仅有助于理解POCD的发病机制，还为开发新的治疗策略提供了理论依据。研究团队认为，针对PGRN-RhoA信号通路的干预可能成为改善术后认知功能的一种有效方法，尤其是在老年群体中。此外，研究还强调了神经元结构完整性在维持认知功能中的重要性，为未来的神经保护研究提供了新的方向。